光無源器件發展新方向——光纖懸浮技術

       【訊石光通訊咨詢網】光通信的發展離不開技術的革新，近日西比（湖州）通信科技有限公司副總經理張曉東向本網投稿，發布光纖懸浮技術文章，訊石在此感謝，同時也歡迎行業專業人士投稿，ICC愿提供行業技術信息交流平臺（投稿可發送至cathy@iccsz.com）。據悉，此項技術公司已申請專利保護，“我們的懸浮技術對光纖凢乎無損害，安裝結構簡便，光輸送離閃性小”據市場部戴先生介紹。目前應用此技術的光纖快速連接器產品已定型，將很快推向市場。

      本文作者：西比（湖州）通信科技有限公司副總經理張曉東，張總有16年光纖行業研發和制造經驗，是12項光纖技術和光無源器件技術發明人。目前任西比（湖州）通信科技有限公司入戶光纜接續和布線產品負責人。 
       
引言： 
        在光纖出現的30多年時間里光纖在應用中是懸浮的，但并沒有人提出光纖懸浮技術。直到近年以PLC和快接為代表的新型ODN網絡器件出現后，隨之出現了可以精確定位精確對接的光纖壓接技術，例如光纖陣列、光纖冷接連接器、現場組裝光纖連接器。與這些新技術比較，我們在此提出新型光無源器件的光纖懸浮技術，它既是傳統技術又是工藝上的創新，我們將以此為契機，探索光無源器件發展的新方向。 

        一、光纖懸浮技術 
       
       隨著光纖技術向高密度、光電集成、冷接方向發展，對于多光纖在器件中的相對位置精度要求越來越高。目前光纖的對接技術主要是壓接技術，通過上蓋板將兩根光纖壓在V型槽中，實現光纖的對接。 
                 

       根據格里菲斯的微裂紋理論，在纖維表面上總是會存在著微裂紋，在大氣環境中發生慢裂紋生長，使裂紋不斷地擴大，使光纖的機械強度逐漸退化。當光纖表面有微裂紋（或缺陷）時，在受到外來應力的作用，并不會立即斷裂，只有施加應力達到裂紋的臨界值時，纖維才會斷裂。而石英纖維承受到一個小于臨界值的恒定應力時，表面裂紋會發生緩慢的擴大，使裂紋的深度達到斷裂的臨界值而突然斷裂。 

       在壓接技術中由于需要對光纖施加壓力因此光纖會產生一個應變，這個應變隨施加在光纖上的力不同而不同。遺憾的是盡管軸向拉力對光纖微裂紋生長的影響已經被業內研究的非常透徹了，但目前還沒有推算徑向壓力對光纖微裂紋生長影響的模型。 

        在此情況下，為了預防和消除光纖在接續中的應變對光纖的影響我們提出了光纖懸浮技術。 

       光纖懸浮技術是指光纖懸浮在介質中（如油膏、膠水等），側面不受壓力，通過油膏等非極性物質與水等極性分子隔離，并用耐壓、抗拉的保護性外殼包裹，如光纜、光纖連接器、MPO、熔融拉錐的耦合器、DWDM等?？梢哉f在光纖陣列和冷接器件出現之前全部光纖網絡中的無源部分是懸浮的。 

       懸浮光纖解決了三個影響可靠性的重要問題，第一、光纖表面不會與水分子中氫氧基接觸，保證了光纖表面不會出現因化學腐蝕產生的微裂紋。第二、光纖側面不會受到壓力。第三、軸向拉力主要作用在加強件上，光纖本身不會受到拉力。 

        二、影響光纖連接損耗的主要因素 

        1、在光纖對接過程中，影響光纖連接損耗是主要有光纖之間橫向錯位、端面間隙。 由于纖芯橫向錯位引起的損耗叫錯位損耗，它是光纖接續損耗的重要原因。

                                                

           單模光纖的傳輸模為高斯分布，其錯位損耗由下式表式：

                                              
其中d 表示為兩對接光纖錯位的距離, 

         2、光纖端面間隙損耗 在光纖端面連接處，由于端面存在間隙而引起的損耗叫端面間隙損耗。

      
          通過計算要想使損入損耗小于0.1dB,并假定2a=10μm，橫向錯位d=0.72μm. 

         2、光纖端面間隙損耗 

         在光纖端面連接處，由于端面存在間隙而引起的損耗叫端面間隙損耗。 
 
                         
                                        圖2.3 間隙損耗關系圖
                    

          經計算光纖之間的間隙22.6微米時，間隙損耗為0.1dB。
 
          由上面計算可知，而將光纖壓在V型槽陣列中，由于可以使得光纖變形，達到負公差。目前光纖外徑的標準差（平均值125μm±0.3 μm）和纖芯/包層同心度誤差（平均值為±0.1 μm），極限累加偏差為0.8 μm。因此不考慮光纖間隙損耗，壓接法基本可以達到0.15dB的對接損耗。

         由上可見光纖對接有兩種方式，一種是實現一個低于0.5μm正公差的精確導向，光纖在其中以懸浮方式對接，另一種是通過壓接方式使得光纖變形，達到負公差對接。而懸浮式對接需要對導向進行精確加工，因此實現起來更困難。

三、光纖懸浮技術的優勢和應用 

       為提高光纖陣列和現場組裝光纖連接器的可靠性，使得光纖側面不受壓力，我們提出在上述兩種產品中實施懸浮技術。并制作了基于懸浮技術的現場組裝光纖連接器。

             

                                              圖3.1基于光纖懸浮技術的現場組裝光纖連接器

        在此產品中，光纖懸浮在導向中側面不受壓力，裸光纖部分全部被阻水的匹配液保護。這樣做有兩個好處，第一、光纖的側面不再受到壓力，光纖不會產生應變；第二、組裝更加方便快捷；第三、保證軸向拉力只作用在光纜上，接續點不受拉力。第四、裸光纖部分不受水分子侵。

            
                                   圖3.2、100個現場組裝光纖連接器插入損耗數值（dB） 

        經測試可以符合目前市場上插入損耗0.5dB的要求。 

        光纖懸浮技術未來的另一個重要應用是在光纖陣列中，應用這種技術光纖在光纖陣列中的狀態與光纖在陶瓷插芯和MPO插芯的狀態相同。希望可以幫助解決困擾行業的光纖陣列成品率低的問題并提高PLC的使用壽命。目前此項技術已經申請專利并在進行研發。
 
        在目前無源器件各種產品已經完全成熟并競爭激烈的大環境下，需要有一些新的技術出現成為拉動產業進步的新動力。我們提出光纖懸浮技術希望能夠成為行業的一個新方向。